木材的分类和构造

第一节　木材的分类和构造

一、木材的分类

木材来源于种子植物门的乔木，按植物分类系统，种子植物可分为裸子植物亚门和被子植物亚门。裸子植物包括四类（目），其中只有银杏、松和杉类属于乔木，才能生产木材，习惯上称之为针叶树材。被子植物包括单子叶植物纲和双子叶植物纲，只有木本的双子叶植物中的乔木才能生产木材，习惯上称之为阔叶材。

1.针叶树材

针叶树树干通直高大，易得大材，其纹理顺直，材质均匀，表观密度和胀缩变形较小，耐腐性较强，一般强度较高但木质较软而易于加工，故又称软材，但并非所有针叶材都轻软。常用树种有红松、落叶松、红豆杉、云杉、冷杉、杉木、柏木等。

2.阔叶树材

阔叶树多数树种其树干通直部分较短，材质坚硬，较难加工，故又称硬材。阔叶树材一般较重，强度高，胀缩和翘曲变形大，易开裂，在建筑中常用作尺寸较小的装修和装饰等构件，对于具有美丽天然纹理的树种，特别适于作室内装修、家具及胶合板等。常用树种有水曲柳、桦木、榉木、榆木、柞木、樟木、栎木、核桃木、酸枣木等。

图11－1　木材的宏观构造

1—横切面；2—径切面；3—弦切面；4—树皮；5—木质部；6—髓心；7—髓线；8—年轮

二、木材的构造

木材的构造是决定木材性质的主要因素。不同树种以及生长环境条件不同的树材，其构造差别很大。研究木材的构造通常从宏观和微观两个方面进行。

（一）木材的宏观构造

木材的宏观构造指用肉眼或10倍放大镜能观察到的特征，如图11－1所示。

树干由外向内是由树皮、形成层、木质部和髓心等部分组成。树皮一般占整株树的7%～20%，对于辨别树木品种具有重要意义，还可药用（杜仲、合欢、槐树、楝树、泡桐、银杏和梓树等）或用于提取硬橡胶（橡胶树、大花卫矛等）、鞣质（落叶松和黑荆树等）、染料（楝木、漆木、桦木、柿木和栎类等），还可用于制作软木（栓皮栎、银杏和黄菠萝等）、纤维（桑树、钩树和青檀等）和保温隔热材料（黄菠萝和栓皮栎）。形成层位于树皮和木质部之间的一个很薄且连续的鞘状层，只有1列细胞，其细胞特点是具有反复分生能力，向内生成次生木质部细胞，向外生成次生韧皮部细胞，是树皮和木质部产生的源泉。髓心位于树干（横切面）中央，是树木最早形成的木质部分，由轴向薄壁细胞构成，质地松软，力学性能很低，易于开裂和腐朽，故一般不用。土木工程使用的木材大都是木质部，木质部的颜色不均，一般而言，接近树干中心者木色较深，水分较少，细胞死亡，材质较硬，密度增大，渗透性降低，称心材；靠近外围的部分木色较浅，水分较多，称边材，心材比边材的利用价值要大些。常见经济木材中，心材最大的树种是黄菠萝和刺槐，最小的是柿木，属于中等的有松木、落叶松、黄连木和核桃等。

木材的构造从不同角度观察表现出不同的特征，最有价值的为其中的三个切面，即横切面（垂直于树干主轴或木材纹理的面）、径切面（沿着树干长轴方向，通过髓心与木射线平行或与年轮相垂直的面）和弦切面（平行于树轴，但不通过髓心的面）。研究树干的三个切面上的细胞及组织的特征，可以识别木材和研究木材的性质和用途。

从横切面上看到木质部具有深浅相间的同心圆环，此谓年轮，单位厘米内年轮数目是估测木材力学性能的依据之一，一般来说，针叶材年轮宽度均匀者，强度高，环孔材年轮宽者，强度大。在同一年轮内，春天生长的木质，细胞壁薄，形体较大，质较松，色较浅，称为春材（早材），夏秋两季生长的木质，细胞腔小而壁厚，质较密，色较深，称为夏材（晚材）。一个年轮内晚材所占的比例称为晚材率。相同树种，年轮越密而均匀，材质越好；夏材部分愈多，晚材率越大，木材强度愈高。

木材横切面上从髓心向外的辐射线，颜色较浅或略带光泽，称为髓线（又称木射线），在立木中主要起横向输导和贮藏养分的作用，是木材中唯一呈射线状的横向排列组织。髓线与周围组织连接较差，木材干燥时易沿此开裂，但有利于防腐剂的渗透和油漆。年轮和髓线组成了木材美丽的天然纹理。针叶材绝大多数树种为细木射线（宽度小于0.05 mm），少数属于中等木射线（宽度0.05～2.0 mm）；阔叶材少数为细木射线（杨木、桦木、柳木和七叶树等），多数为中等宽度射线或宽木射线（宽度2.0 mm以上）。

（二）木材的微观构造

从显微镜下观察可见，木材是由无数管状细胞紧密结合而成，大部分呈纵向排列，少数横向排列（如髓线）。成熟的木材细胞多数为空腔的厚壁细胞，仅有细胞壁和细胞腔。细胞壁的物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三种成分组成。纤维素以分子链聚集成束和排列有序的微纤丝状态存在于细胞壁中，起着骨架作用，相当于钢筋水泥构件中的钢筋。半纤维素以无定型状态渗透到骨架物质中，起基体黏结作用，又称为基体物质，相当于钢筋水泥构件中捆绑钢筋的细铁丝。木质素在细胞分化的最后阶段木质化过程中形成，渗透到纤维素和半纤维素之间，可使细胞壁坚硬，又称为结壳物质或硬物质，相当于钢筋水泥构件中的水泥。

木材的细胞壁越厚，细胞腔越小，木材越密实，其表观密度和强度也越大，但胀缩变形也大。与春材相比，夏材的细胞壁较厚，细胞腔较小，所以夏材的构造比春材密实。

在电子显微镜下，细胞壁的基本组成单位是一些长短不等的链状纤维素分子。这些纤维素分子链平行排列，有规则的聚集在一起称为微团（基本纤丝），其宽度为3.5～5.0 nm，约包含40根纤维素分子链。由微团组成一种丝状的微团系统统称为微纤丝。

针叶树与阔叶树的微观构造有较大差别，见图11－2和图11－3所示。

图11－2　针叶树马尾松微观构造

图11－3　阔叶树柞木微观构造

针叶树材显微构造简单而规则，它主要由管胞、髓线组成，松科六属木材有树脂道，杉科和柏科等少数树种有少量轴向薄壁组织；其中管胞占总体积的89%～98%以上，排列整齐而均匀；其髓线多为单列，较细而不明显，占1.5%～7%。阔叶树材显微构造较复杂，其细胞主要有木纤维（占50%）、导管（占20%）、髓线（占17%）和轴向薄壁组织（占13%）；它的最大特点是横切面排列不整齐，髓线很发达，多为两列或以上，粗大而明显，轴向薄壁组织丰富而多样，这是鉴别阔叶树材的显著特征。